敘詞：變頻調速技術特點應用節能1概述在工礦企業以及民用建筑中大量地使用著風機、水泵、攪拌機、壓縮機等，這些機械一般都以交流電動機驅動、功率從幾kW，至數千kW其中大部分交流電動機均不是常年工作在額定功率，而經常只有額定功率的50%~70%，甚至更低一些。而目前這類機械大多數處于恒速交流傳動運行狀態，并以檔板、閥門或空放回流的辦法進行調節，從而白白損失大量的電能，功率越大的風機、水泵損失的電能也越大。

　　根據電工學基本原理，風機和水泵，消耗功率與電動機的轉速成三次方關系。如要調節風機的風量或水泵的流量，只要調節電動機的轉速就可以實現，而同時將大大降低電動機的消耗功率，節約了電能。

　　電動機的轉速（N）由以下公式表示：因此要改變電動機的轉速，只要改變供電電源的頻率或者改變電動機的極對數就可改變電動機轉速。

　　改變極對數進行調速從理論上講效率比較高，因為它沒有額外的損耗，操作比較簡單，但由于對電動機的制造要求高，機械構造較為復雜，且屬于有級調速，在現有的產品中還沒有功率較大的這類電動機，因此國內外使用較少。改變頻率進行調速、效率也很高，盡管有損耗，但按目前的技術水平其損耗可以減少到比較小（有些品牌的變頻器效率高達99%），而且可以進行無級調速，變頻裝置的功率可達到幾千kW，因此可應用到各種規格的電動機中。

　　2變頻調速技術簡介風機、水泵配用的電動機一般有兩種，一種為高壓電動機（電壓等級為10kV、6kV或3kV），一種為低壓電動機（電壓等級為660V或380V）。因此選用的變頻調速裝置也可有兩種：一種為高壓變頻器，一種為低壓變頻器。近年來各種高壓變頻器不斷出現，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近于統一的拓撲結構。根據高電壓組成方式可分為直接高壓型和高-低高壓型；根據有無中間直流環節來分，可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器。在交-直-交變頻器中，按中間直流濾波環節的不同可分為電壓源型和電流源型。直接高壓輸出電流源型變頻器主要有：串聯二極管式電流源型變頻器，輸出濾波器換向式電流源型變頻器，負載換向式電流源型變頻器（LCI），GTO-PWM式電流源型變頻器等；直接高壓輸出電壓源型變頻器主要有：三電平PWM電壓源型變頻器，單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器等；直接高壓交-直-交變頻器直接輸出高壓，無需輸出變壓器，效率高，輸出頻率不受限制，應用較為廣泛。

　　評價高壓變頻器的性能指標主要有：成本、可靠性、輸出諧波，對電網的諧波污染，輸入功率因素，du/dt共模電壓，系統效率，能否四象限運行等。其中對變頻器產生的高次諧波尤為重視，因為它將造成對電網產生諧波污染，對電動機產生嚴重影響。

　　由于高壓變頻器的應用越來越廣泛，容量也較大，占整個電網容量的比重較為顯著，因此，對電網的諧波污染問題不容忽視，解決諧波污染的辦法有兩種，一是采取諧波濾波器，對于高壓變頻器產生的諧波進行治理以達到供電部門的要求，也即通過所說的“先污染，后治理”的辦法；二是采用產生諧波電流小的變頻器，變頻器本身基本上不對電網造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子產品，從本質上解決諧波污染問題。國際上對電網諧波污染控制的標準中，應用較為普遍的是IEEE519-1992我國也有相應的諧波控制標準。

　　輸出諧波對電動機的影響主要有：引起電動機附加發熱，導致電動機的額外溫升，電動機往往要降額使用。由于輸出波形失真加電動機的重復峰值電壓，影響電動機的絕緣，諧波還會引起電動機轉矩脈動，噪聲加。目前使用的各種變頻器通過分析比較有以下區別：電流源型變頻器由于存在輸出諧波和共模電壓對電動機的影響等問題，電動機需降容使用和加強絕緣，使其應用受到極大的限制；三電平電壓源型變頻器存在輸出諧波和du/dt等問題，一般要設置輸出濾波器，否則必須使用專用電動機，對風機和水泵等一般不要求四象限運行的設備；單元串聯多電平PWM電壓源型變頻器在輸出諧波，du/dt等方面有明顯優勢，對電動機沒有特殊要求，可用于任何普通異步電動機，且不必降容使用，具有較大的應用前景。

　　綜上所述，在選用變頻裝置的過程中，除考慮節能的同時還應注意上述因素，以取得比較佳效果。

　　3變頻調速技術的應用與節能變頻調速技術顯著的節能效果己越來越被人們所重視，并且己在許多場合得到廣泛應用。下面介紹幾個應用比較成功且效果比較明顯的例子。

　　3.1在給水工程中的應用給水工程包括水廠、取水泵站、壓泵站等，主要用電設備是水泵電動機，而水泵電動機的用電量一般要占整個水廠（泵站）用電量的80%~ 90%，水泵配用電動機的功率一般都較大（大至幾千kW）因此在給水工程中，對水泵電動機采取合適的節能措施，其節能效果將是十分顯著的。

　　根據給水工藝的要求，對水泵的出水壓力和流量一般均需要調節，當然過去僅靠采用擋板或閥門的方式進行調節是十分落后的，現在基本上不再采用，而比較多的是采用調速的方式來調節壓力與流量。以往在國內采用較為普遍的調速方式有以下幾種：①可控硅串級調速；②轉子串電阻調速；③液力耦合器調速、油膜調速；④變頻調速。

　　第①種方式效率較高，但功率因數低，產生的高次諧波會污染電網，價格也不低，目前工程上投運的裝置由于質量不穩定，經常發生故障，因此己很少采用。第②、③種方式價格相對較低，但效率低，損耗大，維護工作量大，對要求高的場合一般不宜采用。第④種方式價格雖然較高，但其裝置技術先進，效率高，節能顯著，功率因數高（不低于0.95），輸出電壓和電流接近正弦波，并且可以作為水泵電動機的軟起動設備，無起動沖擊電流，延長了電動機和水泵的使用壽命，特別在大型設備上應用，一般運行4~5年（有的甚至2~3年）可回收設備投資。

　　在近幾年的給水工程中己越來越多地采用變頻調速裝置。例如：在某水廠選用的二臺10kV、1400kW高壓變頻裝置，以及某泵站選用的2臺6kV、1600kW高壓變頻裝置，運行至今均己有3~4年情況正常，且效果較好，節能顯著。

　　高位水箱的供水系統，實際上是一個壓力大致恒定的系統，這個壓力就是水位的高度，而管道的阻力特性都是變化的，當用戶多時，也即打開閥門放水的支路多時，管道的阻力就相應減少，反之則阻力增大。針對這種情況，可以用變頻調速裝置和壓力調節器組成閉環控制系統來控制水泵的轉速，保護水壓恒定，從而省去高位水箱。恒壓供水變頻調速裝置原理比較簡單，只要將供水管道中的水壓通過壓力變送器變換成電信號，經集成電路放大器放大后送至壓力調節器并與給定壓力比較，其差值經比例、積分、微分運算后控制變頻器的輸出頻率，從而調節電動機和水泵轉速，達到調節壓力的目的。

　　在給水系統中流量變化時，官道阻力特性也是變化的，因為流量大必定是有較多的支路閥門打開著，而流量較小時，只有部分支路閥門打開，如果沒有變頻調速裝置，這時管路壓力超過給定壓力。由于泵的流量Q與轉速n成正比，壓力H與n2成正比，如果使用變頻調速裝置改變水泵轉速，在滿足所需流量的同時，既降低了壓力，又節約了電能。

　　因此在目前所建住宅群或高層建筑中已考慮取消高位水箱的做法，這樣不僅可以降低造價，省去經常性清洗水箱的人力和時間，避免二次水污染，同時節約了能源。

　　（上接第25頁）了控制訪問權限，并提供了控制路徑表，有權訪問的工作站數目比較大是16，同時還設置了另外一個CA-OWNER，在其內部存儲了擁有控制路徑的數碼，FieldUnit接受來自這個控制站的命令。在控制路徑表中擁有較低一極優先權的工作站需向較高一極優先權的工作站申請，才能操作Field 4.3INSUM2.0系統的特點下特點：①分散式智能化。指分布在Lon上的INSUM元件無明顯的主從關系，現場元件MCU具有高度智能性并有更強的數據處理功能和控制作用。②同級通信。由于LonBus為點對點通信，INSUM各組件無須經過主機許可即可以直接相互通信。③事件驅動式通信。只有變化的數據才被數據總線傳輸，如果參數是數字量，這種變化是指二進制數值的變化；如果參數是模擬量，這種變化是指超過了設定閥值的變化。④可兼容性。由于系統米用了開放式的LonWorks的現場總線，因此凡是采用這種通信規約設備，系統都可以兼容，而不受生產廠家或品牌的限制，同時IN-等網關實現與不同系統的連接，從而大大增強了系統的通用性。

　　MNS系統外形尺寸見表2、安裝尺寸見。

　　表